ให้ความรู้เกี่ยวกับงู

Todd Castoe ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาของ UTA เป็นผู้เขียนบทความเรื่อง "การแสดงออกของยีนพิษงูได้รับการประสานงานโดยสถาปัตยกรรมการกำกับดูแลแบบใหม่และการรวมเส้นทางของสัตว์มีกระดูกสันหลังที่เลือกใช้ร่วมกัน" เผยแพร่ทางออนไลน์ในวันที่ 1 มิถุนายนในGenome Research Castoe กล่าวว่า "เรามีตัวอย่างโดยละเอียดค่อนข้างน้อยว่าระบบกฎระเบียบใหม่มีวิวัฒนาการอย่างไรเพื่อขับเคลื่อนลักษณะที่ซับซ้อนใหม่ ๆ "การศึกษานี้เป็นตัวอย่างที่มีค่าซึ่งแสดงให้เห็นถึง 'กลยุทธ์' ที่แตกต่างกันจำนวนมากอย่างน่าประหลาดใจสำหรับวิธีที่วิวัฒนาการอาจกำหนดเครือข่ายการกำกับดูแลใหม่ ซึ่งให้ความคาดหวังที่สำคัญสำหรับวิธีการให้รางวัลดังกล่าวอาจเกิดขึ้นในสายพันธุ์อื่นรวมถึงมนุษย์ด้วย" นับตั้งแต่ดาร์วินแนะนำทฤษฎีวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติในศตวรรษที่ 19 นักชีววิทยาพยายามดิ้นรนเพื่อทำความเข้าใจว่าลักษณะใหม่ที่ซับซ้อนมีวิวัฒนาการอย่างไร พิษงูและระบบพิษเป็นตัวอย่างของลักษณะที่ซับซ้อนดังกล่าว Castoe กล่าวว่าไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับกลไกระดับโมเลกุลหรือต้นกำเนิดของจีโนมและวิวัฒนาการของระบบควบคุมนี้ “งานนี้ทำให้เราเข้าใจดีขึ้นว่าพิษงูมีวิวัฒนาการอย่างไร และการผลิตพิษในระดับจีโนมเป็นอย่างไร” แบลร์ เพอร์รี ศิษย์เก่า UTA และนักวิจัยหลังปริญญาเอกจาก School of Biological Sciences แห่ง Washington State University กล่าว เขาเป็นผู้เขียนนำของบทความใหม่ “นอกเหนือจากการศึกษายีนพิษเฉพาะแล้ว ตอนนี้เราสามารถตรวจสอบส่วนต่างๆ ของจีโนมที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมยีนเหล่านี้ได้เช่นกัน” เพอร์รี่ ผู้ซึ่งได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตกล่าว จาก UTA ในปี 2021 โดยมี Castoe เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา "สิ่งนี้เปิดโอกาสใหม่ในการทำความเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงของพิษงู ทั้งในและระหว่างงูสปีชีส์นั้นสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงในจีโนมอย่างไร" ในปี 2019 องค์การอนามัยโลกประกาศให้งูกัดเป็นโรคเขตร้อนที่ถูกละเลย ความท้าทายหลักในการรักษางูกัดคือความแปรปรวนอย่างมากขององค์ประกอบของพิษในประชากรและสายพันธุ์ของงู Castoe กล่าวว่า "งานของเราให้คำอธิบายแรกของสถาปัตยกรรมการกำกับดูแลที่ขับเคลื่อนการแสดงออกของพิษงู ซึ่งเป็นบริบทที่สำคัญสำหรับการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลที่ควบคุมการแปรผันของพิษ" Castoe กล่าว วิวัฒนาการของพิษ งู ทำให้งูต้องพัฒนาต่อมพิษที่มีความเชี่ยวชาญสูงเพื่อผลิตและจัดเก็บค็อกเทลโปรตีนที่หลากหลายและอันตรายถึงชีวิตเพื่อส่งไปยังเหยื่อ เชื่อกันว่าต่อมพิษมีวิวัฒนาการมาจากต่อมน้ำลายของบรรพบุรุษ แต่เพอร์รีและเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ยังต้องการวิวัฒนาการของลำดับการควบคุมใหม่และการนำระบบการควบคุมที่มีอยู่มาใช้ใหม่เพื่อควบคุมการแสดงออกของยีนที่เป็นอันตรายเหล่านี้อย่างแม่นยำ Stephen Mackessy ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยนอร์เทิร์นโคโลราโดและผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าวว่า "พิจารณาความท้าทายในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับการกำเนิดและการบำรุงรักษาระบบอาวุธเคมีที่ซับซ้อนนี้ “พิษส่วนใหญ่ประกอบด้วยโปรตีนควบคุมและเปปไทด์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งถูกแสดงออกมามากเกินไปและถูกเก็บไว้ในต่อมเฉพาะที่อยู่ห่างจากสมองของงูเพียงมิลลิเมตร สารพิษเหล่านี้ต้องมีความเสถียร แต่พร้อมที่จะไปในทันที และอาจถูกเก็บไว้เป็นเวลานาน “งานก่อนหน้านี้ของเราได้แสดงให้เห็นว่ามีกลไกหลายอย่างที่ส่งเสริมการจัดเก็บระยะยาวนี้ แต่กระบวนการที่นำไปสู่การควบคุม วิวัฒนาการ และความหลากหลายของระบบเหล่านี้ส่วนใหญ่ยังไม่ทราบ การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่านอกเหนือจากยีนของสารพิษแล้ว วิถีการควบคุมที่เหมือนกันกับสัตว์ที่มีกระดูกสันหลังก็ได้รับเลือกให้ควบคุมระบบนี้เช่นกัน” Nicholas Casewell ศาสตราจารย์และผู้อำนวยการ Center for Snakebite Research & Interventions ที่ Liverpool School of Tropical Medicine ในบริเตนใหญ่ เป็นผู้เชี่ยวชาญในสาขานี้ที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในงานนี้ เขากล่าวว่าพิษของงูเป็นระบบที่มีคุณค่าในการทำความเข้าใจความเชื่อมโยงระหว่างพันธุกรรมและฟีโนไทป์ของสัตว์ และการหลั่งที่ออกฤทธิ์ทางชีวเคมีเหล่านี้ยังมีนัยสำคัญต่อมนุษย์อีกด้วย เนื่องจากงูกัดทำให้มีผู้เสียชีวิตกว่า 100,000 รายต่อปี แม้จะมีความสำคัญ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังเข้าใจการควบคุมพิษของงูได้ไม่ดีพอ “ในการศึกษานี้ ผู้เขียนใช้แนวทางที่ทันสมัยที่หลากหลายเพื่อตรวจสอบหัวข้อนี้ และการรวบรวมลำดับการควบคุม ปัจจัยการถอดความ การส่งสัญญาณ cascade และโครมาติน ข้อมูลการเข้าถึง และการวิเคราะห์ที่เกี่ยวข้องให้ข้อมูลเชิงลึกที่ไม่มีใครเทียบได้อย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับสถาปัตยกรรมการกำกับดูแลของ ระบบพิษของงู” Casewell กล่าว "การค้นพบของพวกเขาแสดงถึงก้าวสำคัญในการช่วยให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่ายีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางสรีรวิทยาภายในสามารถนำมาใช้ใหม่เพื่อใช้ภายนอกในรูปของพิษได้อย่างไร" Giulia Pasquesi ผู้ร่วมงานหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยโคโลราโดที่โบลเดอร์ซึ่งได้รับปริญญาเอกของเธอ จาก UTA ในปี 2020 โดยมี Castoe เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา เป็นผู้ร่วมเขียนบทความ เธอตรวจสอบบทบาทขององค์ประกอบ transposable (TE) ซึ่งเป็นลำดับดีเอ็นเอที่ย้ายจากตำแหน่งหนึ่งในจีโนมไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง ในวิวัฒนาการของพิษงู Pasquesi กล่าวว่า "TEs ที่จำเพาะต่องูมีส่วนทำให้เกิดวิวัฒนาการของลักษณะเฉพาะของงู ดังที่เคยเกิดขึ้นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสำหรับลักษณะสำคัญๆ เช่น การเกิดรกหรือไม่ ยังคงเป็นคำถามเปิดที่น่าสนใจมาจนถึงตอนนี้" Pasquesi กล่าว “หนึ่งในการค้นพบของการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการเกิดขึ้นของนวัตกรรมทางชีววิทยาเป็นไปตามรูปแบบที่เกิดซ้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง TEs สามารถแนะนำลำดับการกำกับดูแลแบบใหม่ที่เอื้อต่อการวิวัฒนาการของลักษณะที่ซับซ้อนใหม่ในที่สุด” เพอร์รี่กล่าวว่าการศึกษายังแสดงให้เห็นถึงคุณค่าของการพิจารณาความซับซ้อนทางชีววิทยาหลายชั้นเมื่อต้องการทำความเข้าใจว่าลักษณะการทำงานและวิวัฒนาการเป็นอย่างไร